Příspěvek vysvětluje konstrukci ultrazvukového direktivního reproduktorového systému, který se také nazývá parametrický reproduktor, který lze použít k přenosu zvukové frekvence přes cílené místo nebo zónu tak, že osoba umístěná přesně na tomto místě je schopna slyšet zvuk, zatímco osoba vedle nebo mimo zónu zůstává zcela nedotčen a neví o řízení.
Vynalezl a vytvořil Kazunori Miura (Japonsko)
Vynikající výsledky získané při testování akustického zařízení s dlouhým dosahem (LRAD) inspirovala společnost American Technology Corporation k přijetí nového názvu a dne 25. března 2010 byla změněna na společnost LRAD. Je rovněž produktem společnosti Holosonic Research Labs, Inc. a používá se pro nevojenské aplikace.
Zařízení je navrženo tak, aby generovalo intenzivně zaměřené zvukové paprsky pouze na cílovou oblast. Jednotka může být velmi vhodná na místech, jako jsou muzea, knihovny, výstavní galerie, kde může být její zvukový paprsek použit pro zaslání varovné zprávy nebo pro instruování konkrétní osoby, která se neštěstí, zatímco ostatním v okolí je umožněno pokračovat v naprostém tichu.
Zaměřené zvukové efekty z takového parametrického reproduktorového systému jsou tak přesné, že kdokoli, kdo je na něj zaměřen, je velmi překvapen, když zažije soustředěný zvukový obsah, který slyší pouze on, zatímco ten, kdo je vedle něj, o tom vůbec neví.
Princip fungování parametrického reproduktoru
Technologie parametrických reproduktorů využívá zvukové vlny v nadzvukovém rozsahu, které mají charakteristiku cestování téměř přímou viditelností.
Člověk se však může divit, že jelikož nadzvukový rozsah může být i za hranicí 20kHz (přesněji 40kHz), může být pro lidské uši naprosto neslyšitelný, tak jak je systém schopen zajistit, aby vlny byly slyšitelné v zaostřené zóně?
Jedním ze způsobů implementace je použití dvou 40kHz paprsků, přičemž jeden má zvukovou frekvenci 1kHz položenou a nakloněnou, aby se setkaly v nasměrovaném bodě, kde se dva 40kHz obsah navzájem ruší, přičemž na tomto konkrétním místě je slyšitelná frekvence 1kHz.
Myšlenka může vypadat jednoduše, ale výsledek může být příliš neefektivní kvůli nízké hlasitosti zvuku v nasměrovaném místě, který není dost dobrý na to, aby omráčil nebo zneschopnil cílené lidi, což je v rozporu s LRAD.
Další moderní metody produkce slyšitelného direktivního zvuku pomocí nadzvukových vln jsou prostřednictvím amplitudové modulace (AM), dvojité postranní pásové modulace (DSB), jednopásmové modulace (SSB), frekvenční modulace (FM), všechny koncepty závisí na nedávno prozkoumané technologii parametrických reproduktorových systémů .
Není nutné říkat, že nadzvuková vlna 110 dB + by mohla být nerovnoměrná se svým rozložením zvukové síly, zatímco je v průběhu šíření po „trubici“ dlouhé vzduchové hmoty.
Kvůli nerovnoměrnosti akustického tlaku může docházet k obrovskému zkreslení, které může být velmi nežádoucí pro aplikace na klidných místech, jako jsou muzea, galerie atd.
Výše uvedená nelineární odezva je způsobena skutečností, že molekulám vzduchu trvá relativně déle, než se přizpůsobí své původní původní hustotě ve srovnání s dobou potřebnou pro stlačování molekul. Zvuk vytvářený vyššími tlaky má také za následek vyšší frekvence, které mají tendenci generovat rázové vlny, zatímco molekuly kolidují s komprimovanými.
Abychom byli přesní, protože slyšitelný obsah je tvořen vibrujícími molekulami vzduchu, které se spíše ne zcela „vracejí“, proto když se zvyšuje frekvence zvuku, nerovnoměrnost nutí zkreslení, aby se stalo mnohem slyšitelnějším kvůli efektu, který by mohl být nejlepší definována jako „viskozita vzduchu“.
Proto se výrobce uchyluje k konceptu reproduktorů podle směrnice DSP, který zahrnuje mnohem lepší reprodukci zvuku s minimálním zkreslením.
Výše uvedené je doplněno zahrnutím vysoce pokročilého parametrického uspořádání reproduktorů pro získání jednosměrných a čistých zvukových míst.
Vysoká směrovost vytvářená těmito parametrickými reproduktory je také způsobena jejich charakteristikami malé šířky pásma, které lze podle požadované specifikace zvětšit pouhým přidáním velkého počtu těchto převodníků prostřednictvím maticového uspořádání.
Porozumění konceptu parametrického 2kanálového modulátoru reproduktorů
DSB lze snadno provést pomocí analogových spínacích obvodů. Vynálezce to zpočátku zkoušel, a přestože dokázal dosáhnout hlasitého zvuku, doprovázelo to sakra hodně zkreslení.
Dále byl vyzkoušen obvod PWM, který používal koncept podobný technologii FM, ačkoli výsledný zvukový výstup byl mnohem odlišný a bez zkreslení, bylo zjištěno, že intenzita je ve srovnání s DSB mnohem slabší.
Nevýhoda byla nakonec vyřešena uspořádáním dvoukanálového pole převodníků, přičemž každé pole obsahovalo až 50 čísel 40kHz převodníků připojených paralelně.
Porozumění obvodu zvukového reflektoru
S odkazem na níže uvedený obvod parametrických reproduktorů nebo ultrazvukových direktivních reproduktorů vidíme standardní obvod PWM konfigurovaný kolem generátoru PWM IC TL494.
Výstup z tohoto PWM stupně je přiváděn do polovičního můstku ovladače MOSFET pomocí specializovaného IC IR2111.
IC TL494 má vestavěný oscilátor, jehož frekvenci lze nastavit prostřednictvím externí R / C sítě, zde je reprezentován přednastavenými R2 a C1. Základní kmitací kmitočet je nastaven a nastaven pomocí R1, zatímco optimální rozsah je určen vhodným nastavením R1 a R2 uživatelem.
Audio vstup, který je třeba nasměrovat a překrýt na výše nastavenou frekvenci PWM, je aplikován na K2. Pamatujte, že zvukový vstup musí být dostatečně zesílen pomocí malého zesilovače, jako je LM386, a nesmí být získáván přes konektor sluchátek zvukového zařízení.
Vzhledem k tomu, že výstup z PWM stupně je napájen napříč nastaveným dvojitým můstkem IC, konečných zesílených nadzvukových parametrických výstupů lze dosáhnout pomocí dvou výstupů přes zobrazené 4 fety.
Zesílené výstupy jsou přiváděny do řady vysoce specializovaných piezo snímačů 40 kHz pomocí optimalizačního induktoru. Každý z řady snímačů může sestávat z celkem 200 snímačů uspořádaných prostřednictvím paralelního připojení.
Mosfety jsou normálně napájeny 24V DC zdrojem pro řízení piezos, které mohou být odvozeny ze samostatného 24V DC zdroje.
Na trhu může být k dispozici celá řada takových převodníků, takže tato možnost není omezena na žádný konkrétní typ nebo hodnocení. Autor upřednostňoval piezos o průměru 16 mm s typickým kmitočtem 40 kHz.
Každý kanál musí obsahovat alespoň 100 z nich, aby generoval přiměřenou odezvu, když je používán venku uprostřed vysoké úrovně rozruchu.
Mezera snímače je zásadní
Vzdálenost mezi měniči je zásadní, aby fáze vytvořená každým z nich nebyla narušena nebo zrušena sousedními jednotkami. Vzhledem k tomu, že vlnová délka je pouhých 8 mm, mohla by chyba umístění i 1 mm vést k významně nižší intenzitě kvůli fázové chybě a ztrátě SPL.
Technicky ultrazvukový měnič napodobuje chování kondenzátoru, a proto by mohl být nucen rezonovat zahrnutím induktoru do série.
Proto jsme do série zahrnuli induktor, abychom dosáhli této vlastnosti pro optimalizaci převodníků na jejich maximální výkonové limity.
Výpočet rezonanční frekvence
Rezonanční frekvenci převodníku lze vypočítat pomocí následujícího vzorce:
fr = 1 / (2pi x LC)
Interní kapacita měničů 40 kHz by mohla být kolem 2 až 3 nF, takže 50 z nich paralelně by vedlo k čisté kapacitě přibližně 0,1 uF až 0,15 uF.
Pomocí tohoto obrázku ve výše uvedeném vzorci dostaneme hodnotu induktoru mezi 60 a 160 uH, která musí být zahrnuta do série s výstupy ovladače mosfets na A a B.
Induktor používá feritovou tyč, jak je vidět na obrázku níže. Uživatel by mohl dosáhnout rezonanční odezvy nastavením tyče posunutím uvnitř cívky, dokud nebude možné zasáhnout optimální bod.
Kruhový diagram
Nápad s obvodem s laskavým svolením: Elektor elektronika.
Ve svém prototypu jsem experimentoval s audio transformátorem, jak je znázorněno níže, pro požadované zesílení, s jediným společným napájením 12V. Nepoužíval jsem žádné rezonanční kondenzátory, proto bylo zesílení příliš nízké.
Slyšel jsem účinek ze vzdálenosti 1 stopy přesně přes přímku s převodníkem. I nepatrný pohyb způsobil, že zvuk zmizel.
Induktor reproduktoru (malý zvukový výstupní transformátor):
Jak připojit transformátor a převodníky
Podrobnosti zapojení převodníku jsou vidět na níže uvedeném obrázku, pro připojení k bodům A a B obvodu budete potřebovat dvě z těchto nastavení.
Může být vhodný transformátor zesílit transformátor podle toho, kolik snímačů je vybráno.
Prototypový obrázek : Výše uvedený parametrický obvod reproduktoru byl úspěšně otestován a potvrzen mnou pomocí 4 ultrazvukových měničů, které reagovaly přesně tak, jak je uvedeno ve vysvětlení článku. Jelikož však byly použity pouze 4 senzory, výstup byl příliš nízký a bylo ho slyšet jen z metru daleko.
Pozor - zdravotní riziko. Musí být přijata vhodná opatření, aby se zabránilo dlouhodobému vystavení vysokým úrovním ultrazvukového zvuku.
Původní dokument může být Přečtěte si zde
Předchozí: Jednoduchý obvod clony ochranného krytu, který chrání váš obchod před krádeží Další: Jednoduchý obvod generátoru vysokého napětí - generátor oblouku